前馈—反馈复合控制系统

合集下载

过程控制系统第五章前馈控制系统

本章内容要点
1. 前馈控制的本质是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”，即一旦扰动出现立刻进行补偿，故前馈控制又称为“扰动补偿”。反馈控制的本质是“基于扰动产生的偏差来消除扰动对被控量的影响”，在扰动出现后、偏差产生前，调节器没有控制作用。因此，前馈控制对抑制扰动引起的被控量的动、静态偏差比较有效。
5.1 前馈控制的基本概念
由图5-3可知
Y (s) Wf (s)F (s) Wm (s)W0 (s)F (s)
Y (s)
故
F (s) Wf (s) Wm (s)W0 (s)
要使
Y (s) 0 F (s)
可得，前馈控制器模型为
Wm
(
s)

Wf W0
(s) (s)
（5-1）（5-2）
（1）完全补偿难以实现。
前馈控制只有在实现完全补偿的前提下，才能使系统得到良好的动态品质、
但完全补偿几乎是难以作到的，因为要准确地掌握过程扰动通道特性 Wf (s)及
控制通道特性 W0 (s) 是不容易的。故而前馈模型 Wm (s) 难以准确获得；且被控
对象常含有非线性特性，在不同的工况下其动态特性参数将产生明显的变化，
（5-3）
5.1 前馈控制的基本概念
由此，可将前馈控制器的特点归纳如下：
1）前馈控制是“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，故前馈控制又称为 “扰动补偿”。

前馈和反馈结合的例子

前馈和反馈是控制系统中两种不同的反应方式。前馈是指在进行控制前对系统进行干预来预测和避免潜在的问题。反馈则是指根据系统的输出来调整控制输入，以实现期望的系统响应。以下是前馈和反馈结合的几个例子：

1. 自动驾驶汽车

自动驾驶汽车使用前馈控制来预测和避免潜在的危险。例如，车辆可以使用雷达和摄像头来检测前方的障碍物，并在接近障碍物之前自动减速或停止。同时，汽车还使用反馈控制来保持车辆的稳定性和方向控制，以确保车辆沿正确的路径行驶。

2. 温度控制器

温度控制器使用前馈控制来调整加热器的输出，以尽量减少温度变化的时间。例如，当温度控制器检测到温度下降时，它会立即增加加热器的输出，以让温度尽快恢复到设定的目标温度。同时，温度控制器也使用反馈控制来确保温度稳定在设定的目标值附近。

3. 无人机飞行控制器

无人机飞行控制器使用前馈控制来预测和避免潜在的飞行问题。例如，当无人机遇到强风时，飞行控制器会根据风速和方向调整飞行路径，以确保无人机能够稳定地飞行。同时，飞行控制器还使用反馈控制来保持无人机的平衡和飞行稳定性。

综上所述，前馈和反馈结合的控制系统可以更好地预测和避免潜在的问题，并实现期望的系统响应。

热工控制系统课堂_第七章_前馈--反馈复合控制系统

第七章前馈－－反馈复合控制系统
第一节前馈控制系统的组成第二节前馈控制系统的特点第三节复合控制系统特性分析第四节复合控制系统实例分析
——三冲量给水控制系统第五节串级三冲量给水控制系统实例分析第六节带冲击负荷锅炉的给水控制系统
编辑课件
第一节前馈控制系统的组成
前两章讨论的串级、导前微分系统都是反馈控制，它是根据被调参数的偏差值来控制的。
将上式进一步变换得：
FdH GD
dt
令 CF ，则上式变为：
dH
C
GD
dt 编辑课件
容量系数Ｃ是用来表征锅炉的结构系数的，而它的动态特性则往往用飞升速度或飞升时间来表征。
对于汽包炉来说，由飞升速度的定义知：
d dy t m ax
z d d H t m ax
H m ax C 1G D m ax
编辑课件
第三节复合控制系统特性分析
正如前面所述，前馈控制能依据干扰值的大小在被调参数偏离给定值之前进行控制，使被调量始终保持给定值。
这样一个看起来相当完美的控制方式也有其局限性。
首先，表现在前馈控制系统中不存在被调量反馈，即对于补偿结果没有检验的手段。因而，当前馈作用并没有最后消除偏差时，系统无法得知这一信息而将作进一步的校正。
从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量（被调量）发生变化又要经过一定的时间。

前馈—反馈复合控制系统

课程设计任务书

一、前馈—反馈复合控制系统

1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 (3)

1.2、概念的理解 (3)

1.3、前馈—反馈系统的组成.........................................3—4 1.4、前馈—反馈复合控制系统的特点.. (4)

1.5、前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的设计 (4)

二、控制系统的硬件设计

2.1、S7—300系统组成 (4)

2.2、CPU315—2DP (4)

2.3、模式选择开关…………………………………..…….4—5

2.4、状态及故障显示 (5)

三、控制系统的软件设计

3.1、硬件组态 (5)

3.2、工程管理器的使用 (6)

3.3、新建工程....................................................6—9 3.4、组态监控画面. (9)

3.5、组态变量……………………………………………9—10 3.6、软件编程…………………………………………..10—15

3.7、实验结果分析……………………………………….15—17

四、控制系统的调试

五、实验总结

一、前馈—反馈复合控制系统

1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念

前馈—反馈复合控制系统：系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其他的干扰信号，这样的系统就是前馈—反馈复合控制系统。

1.2、概念的理解：

（1）复合控制系统是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈、反馈（2）前馈控制系统的作用是对主要的干扰信号进行补偿，可以针对主要干扰信号，设置相应的前馈控制器

前馈及复合控制

一、前馈及复合控制的基本概念

在前面讨论的控制系统中，控制器都是按被控参数或其反馈值与给定值的偏差大小进行控制的，这种控制系统称为反馈控制系统.对于反馈控制系统无论是什么干扰引起被控参数的变化，控制器均可根据偏差进行调节，这是其优点；但从干扰产生到被控量发生变化以及偏差产生到控制作用产生，再由控制量改变到被控量发生变化,都需要一定的时间，所以控制总是落后于干扰作用。由于反馈控制的作用机理决定了无法将干扰克服在被控量偏离设定值之前.因此，对一些滞后较大的对象来说，控制作用总是不及时，从而限制了控制质量的提高.

为了解决上述问题，可以采用按扰动直接进行控制，即当扰动一出现，控制器就直接按扰动的性质和大小,以一定规律进行控制，可使被控量还未变化之前,就克服干扰对系统的影响，从而使控制作用提前和控制精度进一步提高。这种按干扰进行控制的方式称为前馈控制。

图7—16 换热器出口温度控制

加热蒸汽通过换热器中排管的周围，把热量传给排管内的被加热物料,物料的出口温度T由蒸汽管路上的控制阀调节。假设被加热物料的进料流量Q变化是影响被控制量出口温度T的主要扰动。

若采用反馈控制见图7-16 a）所示。当物料流量Q发生扰动时,要等到出口温度T变化后，产生偏差,控制器才会动作,经控制阀改变加热蒸汽流量以后，又要经过热交换过程的惯

性,才会使T变化。这样可能使T产生较大的动态误差。

如果采用前馈控制方式,见图7-16 b）所示。用一个流量检测变送器测取扰动量即被加热物料的流量Q，并将信号送到前馈控制器。前馈控制器经过一定的运算去调节控制阀，以改变蒸汽流量来补偿进料流量Q变化对被控量T的影响。只要蒸汽量改变的幅度和动态过程适当，就可以显著地减小或完全补偿由于扰动量的波动所引起的出口温度的波动。

过程控制中的前馈控制系统苍松书屋

GDM (s)
RFm (t) 前馈控制器 RVSP(t) GFF (s)
深层分析
＋
控制通道
＋
GYC (s)
被控对象
T2m (t)
15
换热器的线性前馈控制（续）
GFF
(s)
KD KDT KM
TM s 1 e(D M )s TDs 1
采用阶跃响应方法测试各个环节的传递函数模型：
GYD
(s)
KD TDs
Y (s) [GFF (s)Go (s) GF (s)]F (s) 0
GFF
(s)
GF (s) G深o (层s分)析
12
静态前馈和动态前馈
前馈控制分为静态前馈和动态前馈两类假设
Go
(s)
Ko To s 1
e os
GF
(s)
KF TF s 1
e F s
前馈控制器传递函数
GFF(s )
T2sp
∑
＋
－
×
kv
RVsp
g2 (s) g1 (s)
g3 (s) g1 (s)
T1
RF
T2sp
非线性 FFC
RVsp
RVm
FC
T1
RF
cp, RF , T1
蒸汽
HV, RV
工艺介质 T2
动态前馈控制器（g1(s)、g2(s)、g3(s)分别表示RVsp、 T1、RF对系统输出T2的通道特性的动态部分。）

前馈控制系统

实验名称：前馈控制系统

班级：

姓名：

学号：

实验四前馈控制系统

一、实验目的

（1）通过本实验，了解前馈控制系统的基本结构及工作原理。

（2）掌握前馈控制系统的设计思想和控制器的参数整定方法。

二、实验原理

干扰对系统的作用是通过干扰通道进行的。前馈控制的原理是给系统附加一个前馈通道（或称前馈控制器），使所测量的系统扰动通过前馈控制器改变控制量。利用扰动所附加的控制量与扰动对被控制量影响的叠加消除或减小干扰的影响。

前馈控制系统主要特点如下：

1) 属于开环控制

只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。但若系统中有一个环节不稳定，或局部不稳定，系统就不稳定。另外，系统的控制精度取决于构成控制系统的每一部分的精度，所以对系统各环节精度要求较高。

2) 很强的补偿局限性

前馈控制实际是利用同一干扰源经过干扰通道和前馈通道对系统的作用的叠加来消除干扰的影响。因此，固定的前馈控制只对相应的干扰源起作用，而对其他干扰没有影响。

而且，在工程实际中，影响生产过程的原因多种多样，系统随时间、工作状态、环境等情况的变化，也会发生变化甚至表现出非线性，这些都导致不可能精确确定某一干扰对系统影响的程度或数学描述关系式。因此，前馈控制即使对单一干扰也难以完全补偿。

3) 前馈控制反应迅速

在前馈控制系统中，信息流只向前运行，没有反馈问题，因此相应提高了系统反应的速度。当扰动发生后，前馈控制器及时动作，对抑制被控制量由于扰动引起的动静态偏差比较有效。这非常有利于大迟滞系统的控制。

4) 只能用于可测的干扰

对不可测干扰，由于无法构造前馈控制器而不能使用。

前馈控制系统

69
增益自适应PID控制的实现
ppt课件
70
ppt课件
71
调节器比例增益的自动修改
ppt课件
72
ppt课件
73
ppt课件
74
ppt课件
75
ppt课件
76
ppt课件
77
ppt课件
78
ppt课件
79
ppt课件
80
♦ 反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏
差”。
♦ 是一种“不及时”的控制：无论扰动发
生在哪里，总要等到被控量发生偏差后，调节器才开始调节，调节器的动作总要落后扰动作用的发生。
♦ 存在“稳定性”问题：必须进行分析。 ♦ 对包围在环内的一切扰动量均能抑制。
ppt课件
5
前馈控制的原理与特点
选择影响被控量，并且可测量的主要扰动，构成前馈控制系统
A/B
ppt课件
58
加热炉温度预估补偿控制
♦轧钢车间加热炉多点平均温度反馈
控制系统系统主要配置：六台设有断偶报警装置的温度变送器、三台高值选择器、一台加法器、一台PID调节器和一台电/气转换器
ppt课件
59
加热炉温度反馈控制系统流程图
TT1 TT2 TT3 TT4 TT5 TT6
ppt课件
大滞后带来的影响
♦ 由于过程控制通道中纯滞后的存在，被控

第六章前馈控制系统PPT课件

G
ff
(s)
Gd Gp
(s) (s)
过程控制
过程控制
设前馈广义对象和扰动通道传递函数分别为：
G p(s)Tp K sp 1eps,G d(s)TdK sd 1eds
Gff
(s)
Gd (s) Gp (s)
Kd Kp
Tps Td s
1
e(
p
d
1
)s
K ff
Tps 1e ff s Tds 1
ff p d
➢ 选择不变性
不变性原理是前馈控制的理论基础
2、反馈控制的特点
蒸汽 D，pd T2C
过程控制
T2T
T1，Q 冷物料
换热器
冷凝水
热物料
系统工作原理
换热器温度的反馈控制
主要干扰：加热物料的流量、温度、调节阀前的蒸汽压力等，最主要的是加热的物料流量Q。
过程控制
➢ 反馈的本质是“基于偏差来消除偏差”。如果没有偏差出现，也就没有控制作用了。
Gffc(s)
Gffm(s)
Gd(s)
Gc1(s)
－
－ Gc2(s)
Gv(s)
Gp2(s)
Gp1(s)
Y1(s)
Gm2(s)
Gm1(s) 前馈－串级控制系统方框图
在串级控制系统中，当副回路的工作频率远大于主回路的工作频率时，副回路可近似为1:1环节，前馈控制器的补偿条件为：

第八章前馈-反馈复合控制系统分析与设计

第八章前馈-反馈复合控制系统分析与设计
《热工自动控制系统》
第八章前馈-反馈复合控制系统分析与设计
8.1 前馈控制系统的组成及特点 8.2 前馈-反馈复合控制系统特性分析 8.3 三冲量给水控制系统
§8.1 前馈控制系统的组成及特点
反馈控制的“两段时间”
D
Gd
Y0
Gc
Kz
Y Gp
3. 燃烧率M 扰动下的水位变化特性
M
H(t) = H1(t)+H2(t)
H (s) = k2 − ε D(s) (1+ T2s) s
“虚假水位”现象
燃烧率先于蒸汽量变化
4
小结 ☆“虚假水位”现象 ☆ 汽泡数量和体积的变化
单冲量给水控制系统
冲量：调节器入口的反馈信号；单冲量：一个反馈信号进入调节器；双冲量：两个反馈信号进入调节器；三冲量：三个反馈信号进入调节器。
H ☆第一段时间：干扰产生Æ被控量变化 ☆第二段时间：被控量变化Æ执行器动作
前馈控制（Feed-Forward Control）
D Gff
Gd +
Kz +
Y Gp
完全补偿条件
G
ff
(s)=
Gd Kz
(s) (s)
Y (s) D(s)
=
[G
ff
(s)Kz

第五章2前馈-反馈控制系统

Wf
dT2 dF
(T2 T1 ) F
对象控制通道的放大系数：
Wo

dT2 dFs

hs F Cp
Km
Wf Wo

Cp (T2 T1) hs
东北大学
T2
T1

FS hS FCP
① 被加热物料扰动引起出口温度响应；
② 前馈控制下加热蒸汽变化引起的出口温度响应；
③ 补偿后的真实温度曲线。
下图a为换热器前馈—反馈控制系统，当物料(生产负荷)发生变化时，前馈调节器及时发出控制命令，补偿冷物料量变化对换热器出口温度的影响。同时对于未引入前馈的物料温度、蒸汽压力等扰动对出口温度的影响，则由PID反馈调节器来克服。前馈作用加反馈作用，使得换热器的出口温度较快地稳定在给定值上，获得更加理想的控制效果，图b为前馈—反馈控制系统框图。由图可求得输入x(s)、F(s)对输出 Y(s)的影响为
式中，H
K f
T1 T2
;
a2
1 Ts T2
;
东北大学
a1
1
Ts T1
5.2.4 前馈控制系统参数整定
东北大学
东北大学
东北大学
第一种：前馈-反馈系统整定法在整定好闭环PID控制系统的基础上，闭合开关S，得到闭合试验过程曲线。
a) PID控制过程；

实验7 前馈控制系统综述

过程控制工程实验
实验七前馈-反馈控制系统
实验目的与要求
• 实验目的：通过构建前馈 -反馈控制系统，并对该系统进行操作和运
行，进一步理解前馈 -反馈控制系统的构成和工作原理；并通过体会
前馈 -反馈控制系统的投运、调试及整定过程，加深对该系统的理解和认识
• 被控对象：串联的双容水箱作为一个对象；
• 被控参数：下水箱水位H3；控制参数：进入中水箱的流量Q2； • 主要外部干扰：流量Q1，由变频器（U101）驱动水泵P1改变 • 控制要求：保证水位 H3 具有较高的稳定性和稳态精度；当外部干扰发生时通过对干扰的测量和补偿，更及时地克服干扰的影响，保证被控参数的稳定，克服干扰的时间也显著地优于单纯反馈时的情况
4. 再次改变2#控制器手动输出MV2的值，加扰动10%，观察前馈-反馈控制共同作用下的过渡过程。若不太满足要求，可适当调整Kff ，然后再将MV2下降变化一次； 5. 若效果满意且时间允许，可尝试将测试得到的正确的T1、T2值分别放入参数窗口，并确认。然后点击前馈控制器面板上的“动态”按钮，加入动态前馈补偿功能。重复前面的干扰测试，观察控制的质量是否有变。若补偿不足可加大T1 ，若补偿过度可适当增大T2或减小T1 。
前馈控制系统
• 前馈控制系统是一种依据“系统不变性”原理，按照扰动“进行调节”
的开环控制系统
• 既然是开环，该扰动量必须是可测而不可控的。所以，该控制系统的作用不能抑制扰动量，只能采用特定的方法补偿扰动对被控参数造成

前馈控制系统、反馈控制系统

摘要

可编程序控制器(PLC)是一种集自动化技术、计算机技术和通信技术为一体的高可靠性的工业计算机，应用很广泛，现在已经越来越成熟，小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品不断涌入市场。本设计主要是在西门子编程软件S7-300的基础上实现PLC的前馈反馈系统的设计，并通过具体的实例，即对加热炉温度的前馈反馈控制的实现来说明前馈反馈的具体流程。加热炉内的实时温度经过温度传感器、温度变送器将模拟量传送给PLC的模拟量输入模块，模拟量输入模块将模拟量转换成数字量送到PLC内部处理，再由模拟量输出模块将数字量转换为模拟量输出控制阀门的开度以达到炉内温度稳定的控制。本文研究的重点是如何用PLC以及WinCC对现场的前馈-反馈控制系统进行控制的，如何将前馈-反馈控制系统得到的数据经过PLC后传送到上位机，用组态软件WinCC进行实时监控。经仿真运行后，本系统能实现控制要求。

关键字：前馈-反馈控制；可编程控制器；WinCC;加热炉

promoted development, and The ability to resolve conflicts and constantly improve, our ... 6. on the building of Socialist culture in China. A country, a nation strong, always supported by culture flourished, the inheritance and development of civilization, without culture to develop and prosper, there will be no realization of the dream of China. 18 big yilai, XI General Secretary around "foster and promote Socialist core values" "promote China excellent traditional culture" "firmly master ideology work led right and discourse right", aspects do has series important speech, main including put publicity thought work do have better for achieved China dream condensed powerful moral support improve national culture soft strength foster and promote Socialist core values youth to consciously practice line Socialist core values Childhood actively cultivate and practice the core values of socialism and the party's important speech on the press conference. 7. promote the reform and development of social undertakings and social management. 18 big yilai, Central insisted put guarantees and improved livelihood as ruling acting political of starting point and foothold, Xia big pneumatic solution masses most care most directly most reality of interests problem, 3 years cumulative reduction poverty more than 50 million people, equivalent to a medium national population of total, annual added town employment more than 10 million people, starts construction supportability housing engineering near 4 million sets, built world Shang scale maximum, and cover universal of basic medical guarantees network and pension guarantees network, urban and rural residents income continued growth, The lives of the people of all ethnic groups have more on both material and spiritual thriving. This aspects XI General Secretary of speech main including promoted poverty area poverty, and speed up development let 1.3 billion people enjoys better more fair of education speed up advance housing guarantees and supply system construction always put people life security put in first bit efforts put China construction became network power insisted general national security views, go China features national security road effective maintenance national security and social settled,. 8. with regard to comprehensive strictly administering the party. Party of 18 big yilai, Central station in party and national survival of height, firmly grasp strengthening party of ruling capacity construction, and advanced purity construction this article mainline, to style construction for breakthrough, to developed introduced eight items provides started start, put discipline and rules is in front, organization carried out has party of mass line education practice activities and "three strict three real" topic education, insisted "zero tolerance, and full cover, and no area", insisted "Tiger" "flies" with playing, style political wind society continued improved, More perfect system of laws within the party, discipline of authoritative seriousness increasing, for the history of winning has a lot of new features provide a strong political

热工控制系统课堂第七章前馈-反馈复合控制系统

测量元件
用于测量被控对象的输入信号和输出信号，以便进行反馈控
制。
系统软件配置
控制算法
根据被控对象的特性和控制要求，选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制等。
数据处理
对传感器和测量元件采集的数据进行预处理和后处理，以提高控制精度和稳定性。
人机界面
提供操作人员与控制系统交互的界面，方便操作人员进行监控和调试。
热工控制系统课堂第七章前馈-反馈复合控制系统
目录
• 前馈-反馈复合控制系统概述 • 前馈控制系统的设计 • 反馈控制系统的设计 • 前馈-反馈复合控制系统的实现 • 前馈-反馈复合控制系统的应用案例
01
前馈-反馈复合控制系统概述
定义与特点
定义
前馈-反馈复合控制系统是一种结合前馈控制和反馈控制的控制系统，通过同时考虑扰动和系统输出，实现更高效和精确的控制效果。
特点
前馈控制能够快速响应系统扰动，反馈控制则能够消除系统误差，两者结合可以显著提高系统的动态特性和稳态精度。
系统组成与工作原理
系统组成
前馈-反馈复合控制系统包括前馈控制器、反馈控制器、受控对象和测量元件等部分。
工作原理
前馈控制器根据扰动信号进行控制，反馈控制器根据系统输出误差进行控制。通过比较扰动信号和系统输出误差，控制器能够更精确地调整受控对象的输入，实现更好的控制效果。

前馈—反馈复合控制系统

过程控制系统第五章 前馈控制系统

前馈和反馈结合的例子

热工控制系统课堂_第七章_前馈--反馈复合控制系统

前馈—反馈复合控制系统

前馈及复合控制

过程控制中的前馈控制系统苍松书屋

前馈控制系统

前馈控制系统

第六章前馈控制系统PPT课件

第八章 前馈-反馈复合控制系统分析与设计

第五章2前馈-反馈控制系统

实验7 前馈控制系统综述

前馈控制系统、反馈控制系统

热工控制系统课堂第七章前馈-反馈复合控制系统

过程控制系统第五章前馈控制系统

第八章前馈-反馈复合控制系统分析与设计